(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光を光入射面から導入して光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、
前記光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、
前記導光板は、光入射面から入射した光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
前記光導入部は、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の表面の端に向けて傾斜した傾斜面を有し、
前記導光板本体は、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面において、前記光導入部と導光板本体の有効照明領域との間に位置する領域に、前記光出射面に垂直な方向から見たときの、前記光導入部から前記有効照明領域へ通過する光の指向方向が、前記光入射面に垂直な方向となす角度が小さくなるように変換するための指向性変換パターンを有することを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、
前記パターン素子のうち少なくとも一部のパターン素子は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線から測った離間距離が、前記光導入部側の端よりも前記有効照明領域側の端で大きくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記仮想の直線の両側においてそれぞれ、前記仮想の直線から遠くに位置する前記パターン素子ほど、前記仮想の直線となす角度が大きくなっていることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記仮想の直線の両側においてそれぞれ、前記パターン素子が、互いに平行となるように配列していることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記光導入部と前記導光板本体の有効照明領域との間に位置する領域において、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線の近傍においては、部分的に前記指向性変換パターンが除かれた平坦面となっていることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、
前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、少なくとも一部の前記パターン素子が非対称な形状を有していることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、
前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、
前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和と、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和との和に対する、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和の比が、０.２以上であることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、
前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、
前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度と、法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度の和に対する、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度の比が、０.２５以上であることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、
前記光出射面に垂直な方向から見て、光軸の両側の領域においてそれぞれ、前記パターン素子の延在方向が光軸となす角度の平均値が５°以上５５°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記指向性変換パターンは、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１３】
隣接する前記パターン素子間の頂角が５０°以上１４０°以下であることを特徴とする、請求項１２に記載の面光源装置。
【請求項１４】
前記光導入部に、前記光入射面から入射する光を前記導光板の幅方向へ広げるための光拡散パターンを設けたことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１５】
前記光出射面にレンチキュラーレンズ形状を形成したことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１６】
前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、
前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のうちいずれか１項に記載された面光源装置と、液晶パネルとを備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及び液晶表示装置に関し、具体的には、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられる面光源装置と、当該面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、ＬＥＤからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射面）の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射面に入らず、一部が外部へ漏れてしまって光利用効率が悪くなる。
【０００３】
このような不具合を解決するため、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を設け、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を光導入部に設けた導光板を用いることが提案されている。このような導光板を用いた面光源装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものや、特許文献２に開示されたものがある。
【０００４】
図１は、導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を有する導光板を用いた面光源装置１１の一例を示す。導光板１３は、ほぼ均一な厚みを有する導光板本体１４とくさび状をした光導入部１５からなる。導光板本体１４の裏面には偏向パターン又は拡散パターンが形成され、表面にはレンチキュラーレンズ１６が形成されている。光導入部１５には、光導入部１５の最大厚みの箇所から導光板本体１４の端に向けて傾斜した傾斜面１７が設けられている。また、光導入部１５の端面（光入射面）の厚みは、光源１２の高さよりも大きくなっている。このような導光板１３を用いた面光源装置１１では、光導入部１５の端面の厚みを光源１２の高さよりも大きくすることで、光源１２から出射した光を効率良く光導入部１５に取り込んでいる。また、光導入部１５に取り込まれた光は、導光板本体１４へ導かれて面状に広がり、偏向パターン又は拡散パターンで反射されて導光板本体１４の光出射面から外部へ出射される。このとき光出射面から出射する光はレンチキュラーレンズ１６で指向特性を広げられる。よって、このような構造の面光源装置によれば、光源の光の利用効率の向上と面光源装置の薄型化とを両立させることができる。
【０００５】
しかし、図１のように光導入部１５に傾斜面１７を持たせた面光源装置１１の場合、導光板本体１４に垂直な方向から見たとき、光導入部１５内で光源１２の光軸に対して傾いた方向へ進む光は、図１に矢印で示すように、傾斜面１７で反射されることによって横方向（導光板の幅方向）に広がり、光源１２の光軸となす角度がより大きくなる。その結果、傾斜面１７で横に広げられた光が導光板１３の側面から漏れたり、また、レンチキュラーレンズ１６に横方向から光が入射してレンチキュラーレンズ１６から光が漏れたりし、光量損失による光利用効率の低下や、輝度の均一性の低下が生じている。
【０００６】
また、図２は、特許文献１に開示された面光源装置の斜視図である。図２の面光源装置２１では、光導入部１５の傾斜面１７に複数本の平行なＶ溝からなる光漏れ防止パターン２２を設けている。この光漏れ防止パターン２２は、傾斜面１７からの光漏れを少なくして光利用効率を向上させるためのものである。しかし、その反面、光漏れ防止パターン２２で反射された光は、傾斜面１７だけである場合よりも横方向へ拡散され易くなる。そのため、光の横方向への広がりがより大きくなり、導光板１３の側面から光が漏れやすくなる。また、導光板１３の上面や下面にレンチキュラーレンズその他の光学的なパターンがある場合には、そこから光が漏れやすくなる。その結果、やはり光量損失による光利用効率の低下や、輝度の均一性の低下が生じている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０７０８２１号
【特許文献２】特表２００８−１５３０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、導光板の光導入部に傾斜面を有する面光源装置において、導光板の側面や導光板本体の光学パターンなどから光が漏れにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る面光源装置は、前記光源の光を光入射面から導入して光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、前記光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、前記導光板は、光入射面から入射した光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部は、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の表面の端に向けて傾斜した傾斜面を有し、前記導光板本体は、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面において、前記光導入部と導光板本体の有効照明領域との間に位置する領域に、前記光出射面に垂直な方向から見たときの、前記光導入部から前記有効照明領域へ通過する光の指向方向が、前記光入射面に垂直な方向となす角度が小さくなるように変換するための指向性変換パターンを有することを特徴とする。ここで、光の指向方向とは、個々の光線方向ではなく、光の指向特性の最大強度方向を意味する。
【００１０】
本発明の面光源装置によれば、光導入部と有効照明領域との間に設けた指向性変換パターンによって、光導入部から有効照明領域へ通過する光の指向方向を、光入射面に垂直な方向（以下、縦方向という。）となす角度が小さくなるように変換することができるので、有効照明領域へ導光された光が導光板の側面や、レンチキュラーレンズなどの光学パターンがある場合にはその光学パターンから外部へ漏れることを防ぐことができる。よって、面光源装置における光の利用効率を高め、また輝度の均一性が低下することを抑制できる。
【００１１】
本発明に係る面光源装置のある実施態様は、前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、前記パターン素子のうち少なくとも一部のパターン素子は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線から測った離間距離が、前記光導入部側の端よりも前記有効照明領域側の端で大きくなっていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、光源側からパターン素子に入射した光をパターン素子で反射させることにより、有効照明領域へ導光される光の方向を縦方向に近づけることができる。
【００１２】
本発明に係る面光源装置の別な実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記仮想の直線の両側においてそれぞれ、前記仮想の直線から遠くに位置する前記パターン素子ほど、前記仮想の直線となす角度が大きくなっていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、光源からの距離によって各パターン素子に入射する光の方向が異なる点が考慮され、各パターン素子で反射された光の指向特性を狭くすることができる。
【００１３】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記仮想の直線の両側においてそれぞれ、前記パターン素子が、互いに平行となるように配列していることを特徴とする。かかる実施態様では、パターン素子が仮想の直線の両側でそれぞれ平行となっているので、導光板を成形するための成形型が簡単になり、製造コストを下げることができる。
【００１４】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光導入部と前記導光板本体の有効照明領域との間に位置する領域において、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線の近傍においては、部分的に前記指向性変換パターンが除かれた平坦面となっていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、光源から前方へ出射された光は指向性変換パターンによって横方向へ光線方向を曲げられにくくなる。よって、指向性変換パターンによって光源の前方やその近傍の輝度が低下するのを防ぐことができる。
【００１５】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、少なくとも一部の前記パターン素子が非対称な形状を有していることを特徴とする。かかる実施形態にあっては、パターン素子が非対称な形状であるので、指向性変換パターンの設計の自由度が増す。
【００１６】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする。かかる実施態様によれば、反射した光の方向を縦方向へ変換するのにより寄与の高い斜面の面積を大きくでき、光漏れ防止の効果を高くすることができる。  
【００１７】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和と、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和との和に対する、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和の比が、０.２以上であることを特徴とする。かかる実施態様によれば、従来例に比べて光利用効率が２％以上向上する。
【００１８】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことを特徴とする。かかる実施態様によれば、反射した光の方向を縦方向へ変換するのにより寄与の高い斜面の面積を大きくでき、光漏れ防止の効果を高くすることができる。
【００１９】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度と、法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度の和に対する、法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度の比が、０.２５以上であることを特徴とする。かかる実施態様によれば、従来例に比べて光利用効率が２％以上向上する。また、前記指向性変換パターンは、複数のパターン素子によって構成され、前記光出射面に垂直な方向から見て、光軸の両側の領域においてそれぞれ、前記パターン素子の延在方向が光軸となす角度の平均値が５°以上５５°以下であることが好ましい。ここで、光軸とは、前記光源の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な直線である。
【００２０】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンが、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、指向性変換パターンの構造が簡単になる。
【００２１】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、隣接する前記パターン素子間の頂角が５０°以上１４０°以下であることを特徴とする。隣接するパターン素子間の頂角が５０°より小さくても、１４０°より大きくても、従来例より光利用効率が低下する恐れがあるためである。
【００２２】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光導入部に、前記光入射面から入射する光を前記導光板の幅方向へ広げるための光拡散パターンを設けたことを特徴とする。なお、当該光拡散パターンを設ける位置は特に限定されるものではなく、たとえば光導入部の上面、下面、傾斜面である上面又は下面、光入射面などに設けることができる。かかる実施態様によれば、光入射面から光導入部に入る光を光拡散パターンで横に広げてから、指向性変換パターンにより縦方向に変換させることができる。よって、導光板の側面の近傍へ光を送って導光板の縁における輝度を向上させ、同時に光の方向を縦方向に揃えて導光板の側面やレンチキュラーレンズなどの光学パターンから漏れにくくでき、輝度の均一化と光利用効率の向上を図ることができる。
【００２３】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光出射面にレンチキュラーレンズ形状を形成したことを特徴とする。かかる実施態様によれば、レンチキュラーレンズ形状によって光出射面から出る光の指向特性を横に広げることができる。
【００２４】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする。指向性変換パターンの形成されている領域が、光源の光出射側端面からＰ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕よりも遠くまで延びると、ある光源から出た光が隣の光源の前方の領域に入って光の利用効率が却って悪くなるためである。
【００２５】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る面光源装置と、液晶パネルとを備えている。かかる液晶表示装置は本発明にかかる面光源装置を用いているので、液晶表示装置における光の利用効率を高め、また輝度の均一性が低下することを抑制できる。
【００２６】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、従来の面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、特許文献１に開示された面光源装置の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１による面光源装置の斜視図である。
【図４】図４Ａは、図３に示す面光源装置の平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｘ線断面を示す拡大図であって、レンチキュラーレンズの断面形状を示す。
【図５】図５は、図３に示す面光源装置の概略断面図である。
【図６】図６は、光入射面と平行な断面における指向性変換パターンの形状と、その一部を拡大して示す断面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、指向性変換パターンの作用説明図である。
【図８】図８Ａは、図１の従来例において、導光板の光入射面に垂直な方向から見た導光指向性を示す図である。図８Ｂは、本発明の実施形態１において、導光板の光入射面に垂直な方向から見た導光指向性を示す図である。
【図９】図９は、指向性変換パターンの外向き法線の幅の総和／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）と光利用効率向上率との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、指向性変換パターンの外向き法線の平均角度／（外向き法線の平均角度＋内向き法線の平均角度）と光利用効率向上率との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、外向き又は内向き法線の幅の総和と、外向き又は内向き法線の平均角度の求め方を説明する図である。
【図１２】図１２は、指向性変換パターンの頂角θと導光板の光利用効率向上率との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、指向性変換パターンの平均開き角と光利用効率向上率との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、指向性変換パターンの平均開き角を説明する図である。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｅは、それぞれ異なる指向性変換パターンの、光入射面と平行な断面における形状を示す断面図である。
【図１６】図１６Ａ−１６Ｄは、それぞれ指向性変換パターンを形成するためのパターン形成領域の種々の形状を示す概略図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態１の変形例による面光源装置の平面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態１の別な変形例による面光源装置の斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態２による面光源装置の斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９に示す面光源装置の平面図である。
【図２１】図２１は、光入射面と平行な断面における指向性変換パターンの形状と、その一部を拡大して示す断面図である。
【図２２】図２２Ａ−２２Ｃは、それぞれ指向性変換パターンを形成するためのパターン形成領域の種々の形状を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施形態３による面光源装置の斜視図である。
【図２４】図２４Ａは、図２３に示す面光源装置の平面図である。図２４Ｂは、図２４ＡのＹ−Ｙ線断面図であって、光拡散パターンの断面形状を示す。
【図２５】図２５は、本発明の実施形態３の変形例による面光源装置の斜視図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態４による面光源装置の平面図である。
【図２７】図２７は、図２６の面光源装置における光導入部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態５による面光源装置の斜視図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態５の変形例による面光源装置の斜視図である。
【図３０】図３０Ａ−３０Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３１】図３１Ａ−３１ＣＣは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３２】図３２Ａ−３２Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３３】図３３Ａ−３３Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態６による面光源装置の平面図である。
【図３５】図３５Ａ、図３５Ｂ及び図３５Ｃは、本発明の実施形態７による面光源装置の側面図、平面図及び下面図である。
【図３６】図３６は、本発明の実施形態８による液晶表示装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００２９】
（実施形態１）
以下、図３−図７を参照して本発明の実施形態１による面光源装置３１を説明する。図３は本発明の実施形態１による面光源装置３１を示す斜視図、図４Ａは、その平面図である。また、図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｘ線断面図であって、導光板３３の表面に設けられたレンチキュラーレンズ３６の断面を拡大して表している。図５は、面光源装置３１の縦方向（光入射面３８に垂直な方向）に沿った概略断面図であって、導光板３３内における光線の挙動を表している。図６は、導光板３３の光入射面３８と平行な断面における指向性変換パターン４０の断面を示す図であって、併せて指向性変換パターン４０の一部を拡大して示す。また、図７Ａ及び図７Ｂは、この指向性変換パターンにより反射される光線の挙動を示す。
【００３０】
面光源装置３１は、点光源３２（光源）と導光板３３とからなる。点光源３２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであって白色発光する。図５に示すように、ＬＥＤ４１は透明封止樹脂４２内に封止され、さらに透明封止樹脂４２は正面を除いて白色樹脂４３によって覆われており、透明封止樹脂４２の白色樹脂４３から露出している正面が光出射窓４４（発光面）となっている。この点光源３２は、導光板３３の幅に比べて小さなものであり、冷陰極管が線状光源と呼ばれるのに対して点光源と称するものである。
【００３１】
導光板３３は、薄板状をした導光板本体３４と連続させるようにして、導光板本体３４の端面に光導入部３５を設けたものである。導光板３３は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィン系材料、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高屈折率の透明樹脂によって一体成形される。
【００３２】
光導入部３５は、導光板３３のうちで厚みの厚い略くさび状の部分であって、その端面である光入射面３８の一部に対向させて点光源３２が配置されている。光導入部３５の端面の厚みＴは光出射窓４４の高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため点光源３２から出射された光は効率よく光入射面３８から光導入部３５内に入射し、面光源装置３１の光利用効率が高くなる。
【００３３】
光導入部３５の上面（導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面）には、傾斜面３７が形成されている。傾斜面３７は、光入射面３８の近傍の最大厚みの部分から導光板本体３４の端へ向けて傾斜している。傾斜面３７は、導光板３３の一方側面から他方側面まで帯状に延びている。実施形態１の面光源装置３１では、傾斜面３７は平滑に形成されている。
【００３４】
導光板本体３４は導光板３３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部３５の最大厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板３３の薄型化が図られる。導光板本体３４は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体３４の厚みはほぼ均一となっている。図４Ａに示すように、導光板本体３４は、大部分が有効照明領域４６となっており、光導入部３５と隣接する端部領域がパターン形成領域４７となっている。
【００３５】
有効照明領域４６は均一な輝度の光を出射する領域であって、面光源装置３１の上に重ねる液晶パネルの表示領域に対応している。有効照明領域４６の上面が光出射面３９となっており、有効照明領域４６の光出射面３９にはレンチキュラーレンズ３６が成形されている。レンチキュラーレンズ３６は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、導光板本体３４の縦方向と平行に延びた凸レンズが横方向に並んだものであって、光出射面３９から出射する光の指向特性を横方向に広げる働きをしている。また、有効照明領域４６の光出射面３９と反対面（下面）には光出射手段４５を備えている。図５では光出射手段４５として三角溝状のパターンを示しているが、サンドブラスト加工、拡散インクを写真印刷したもの、回折格子パターン、任意の凹凸パターンなどでもよく、また、光出射手段４５を導光板本体３４の光出射面３９、あるいは光出射面３９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。
【００３６】
パターン形成領域４７は、導光板本体３４の端部にあって、光導入部３５の端（傾斜面３７の下端）と有効照明領域４６の端との間に位置する帯状の領域である。パターン形成領域４７の上面及び／又は下面には指向性変換パターン４０を設けている。指向性変換パターン４０は、図４Ａ及び図６に示すように、Ｖ溝状をした複数のパターン素子４０ａを放射状に配列したものである。すなわち、光出射面３９に垂直な方向から見たとき、各パターン素子４０ａは、点光源３２の発光中心を通過し、かつ、光入射面３８に垂直な仮想の直線（以下、点光源３２の光軸Ｃという。）に対して傾いており、光軸Ｃの両側で各パターン素子４０ａの傾く方向が反対向きになっている。さらに、各パターン素子４０ａは、光軸Ｃから離れるに従って光軸Ｃとなす角度が次第に大きくなっている。
【００３７】
図６に示すように、各パターン素子４０ａは、光入射面３８と平行な断面において傾斜角と傾斜方向が異なる２つの斜面によって構成されており、左右非対称なＶ溝状となっている。したがって、指向性変換パターン４０は傾斜方向が異なる斜面が交互に並んでいる。
【００３８】
この指向性変換パターン４０の断面形状は、つぎのような特徴を有している。光入射面３８と平行な断面において、各パターン素子４０ａの斜面に導光板３３の内部から外部へ向けて立てた法線Ｎを考えるとき、法線Ｎが光軸Ｃに直交する垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの横幅Ｄ２の総和は、法線Ｎが垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている。ただし、斜面５０ｂの横幅Ｄ２の総和と、斜面５０ａの横幅Ｄ１の総和は、それぞれ光軸Ｃの右側の領域と左側の領域とで個々に計算し、光軸Ｃの両側でそれぞれ斜面５０ｂの横幅Ｄ２の総和が斜面５０ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている。特に、図６に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面５０ａ、５０ｂについて、法線Ｎが垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの横幅Ｄ１よりも大きくなっている。
【００３９】
また、指向性変換パターン４０の断面形状の特徴は、つぎのように表現することもできる。垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度α（あるいは、斜面５０ａの傾斜角）の平均角度は、垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度β（あるいは、斜面５０ｂの傾斜角）の平均角度よりも大きくなっている。ここで、垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度αの平均角度とは、垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度をαi、各斜面５０ａの幅をＤ１iとするとき（ｉは、各斜面５０ａに付けた指標）、
Σαi×Ｄ１i／ΣＤ１i
で定義する（図１１参照）。ここで、分母及び分子の総和は、いずれも光軸Ｃの右側領域、または左側領域の斜面５０ａについて行うものである。同様に、垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度βの平均角度とは、垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度をβj、各斜面５０ｂの幅をＤ２jとするとき（ｊは、各斜面５０ｂに付けた指標）、
Σβj×Ｄ２j／ΣＤ２j
で定義する（図１１参照）。ここで、分母及び分子の総和は、いずれも光軸Ｃの右側領域、または左側領域の斜面５０ｂについて行うものである。また、この平均角度の大小の比較は、光軸Ｃの右側領域と左側領域で別々に行う。特に、図６に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面５０ａ、５０ｂについて、垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５０ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度αが、垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５０ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度βよりも大きくなっている。
【００４０】
なお、図面に於いては、図示の都合上、レンチキュラーレンズ３６や指向性変換パターン４０などの光学パターンを粗く描いているが、これらは実際には、ミクロンオーダーの微細なパターンである。
【００４１】
しかして、この面光源装置３１にあっては、図５に矢印で示すように、点光源３２から出射した光は、光入射面３８から光導入部３５内に入射し、光導入部３５の上面又は下面で反射され、あるいは光導入部３５を通過して厚みの薄い導光板本体３４へ導びかれる。導光板本体３４へ導入された光は、指向性変換パターン４０やレンチキュラーレンズ３６、導光板本体３４の下面で反射しながら導光板本体３４内を導光し、光出射手段４５によって反射または拡散されて光出射面３９からほぼ均一に出射される。
【００４２】
このとき、指向性変換パターン４０に入射した光Ｌ２は、図３及び図４に示すように、指向性変換パターン４０で反射することによって光軸Ｃと平行に近くなるように曲げられ、光軸Ｃとなす角度が小さくなるように変換される。図７Ａ及び図７Ｂは、指向性変換パターン４０で反射される光Ｌ２の挙動を表した図であって、図７Ａは導光板３３の垂直上方から見た図であり、図７Ｂは光入射面３８に垂直な方向から見た図（点光源側から見た図）である。
【００４３】
図７Ａ及び図７Ｂに破線で示すように、パターン素子４０ａが光軸Ｃと平行に配置されている場合には、その斜面５０ｂで反射された光Ｌ１は、横方向へ広がるので、導光板３３の側面やレンチキュラーレンズ３６から漏れる恐れがある。
【００４４】
これに対し、本発明の実施形態１による面光源装置３１では、図７Ａ及び図７Ｂに実線で示すように指向性変換パターン４０が光軸Ｃに対して傾きを持つように配置されている。そのため、パターン素子４０ａの斜面５０ｂで反射された光Ｌ２は、垂直上方から見て光軸Ｃと平行に近くなるように反射され、光線方向が前方へ向けられる。この結果、本発明の実施形態１による面光源装置３１では、パターン素子４０ａで反射した光が導光板３３の側面へ届きにくくなり、またレンチキュラーレンズ３６に横方向から入射しにくくなる。よって、導光板３３の側面やレンチキュラーレンズ３６からの光漏れを低減でき、光の利用効率を向上させて面光源装置３１の発光輝度を向上させることができる。
【００４５】
さらに、本発明の実施形態１における指向性変換パターン４０では、光軸Ｃから遠いパターン素子４０ａほど光軸Ｃとなす角度が大きくなっている。点光源３２からパターン素子４０ａに入る光線は、光軸Ｃから離れたパターン素子４０ａほどパターン素子４０ａの長さ方向となす角度が大きくなる。したがって、光軸Ｃから遠いパターン素子４０ａほど光軸Ｃとなす角度を大きくすることにより、光軸Ｃからの距離に関係なく同じように前方へ光を曲げることができる。
【００４６】
ただし、本発明の作用効果は、指向性変換パターン４０で反射された光がすべて光軸Ｃと平行は方向へ曲げられるということではない。指向性変換パターン４０で反射された光の全体的な指向特性、特にその最大輝度方向が光軸Ｃと平行な方向を向くように変換されるということである。
【００４７】
図８Ａは、導光板本体１４に指向性変換パターンが設けられていない場合（図１の従来例）における、導光板１３の光入射面に垂直な方向から見た導光指向性を示す図である。図８Ｂは、導光板本体３４に指向性変換パターン４０を設けた場合（実施形態１）における、導光板３３の光入射面３８に垂直な方向から見た導光指向性を示す図である。いずれもＲ１は半径が１の球面を表し、Ｒ２は光軸Ｃに対して反射の臨界角 arcsin（１／ｎ）〔ただし、ｎは導光板の屈折率〕に等しい角度をなす円錐が球面Ｒ１とが交わってできる円を表している。なお、導光指向性（指向特性）については、特許文献１や特許文献２に詳しく説明されている。
【００４８】
図８Ａ及び図８Ｂの指向性５１は、光導入部１５、３５に入射した直後の光の指向特性を示す。また、図８Ａの指向性５２は、光導入部１５の傾斜面１７で反射した光の指向特性を示す。図８Ｂの指向性５２は、光導入部３５の傾斜面３７で反射した後、さらに指向性変換パターン４０で反射した光の指向特性を示す。指向性が円Ｒ２の外側領域になると、その光は導光板の側面やレンチキュラーレンズで漏れるので、図８Ａに示す従来例の指向特性では、導光板１３から漏れる光の量（ハッチングを施した領域）はかなり多くなる。これに対し、指向性変換パターン４０を設けた面光源装置３１では、指向性変換パターン４０で反射されることによって指向性５２が内側へ寄せられるので、図８Ｂにハッチングを施して示すように、円Ｒ２から外へはみ出た光の量が少なくなり、導光板３３からの漏れが少なくなる。
【００４９】
また、本発明の実施形態１の面光源装置３１では、図６により説明したように、指向性変換パターン４０において、法線が垂線Ｃ´側を向いて傾いた斜面５０ａの合計幅よりも、法線が垂線Ｃ´と反対側を向いて傾いた斜面５０ｂの合計幅の方が広くなっている。そのため、図７のように光を反射させて光軸Ｃと平行な方向へ向ける面（斜面５０ｂ）の面積を広くでき、光の指向特性を光軸Ｃと平行な方向へ変換する効果を高めることができる。
【００５０】
本発明においては、もっと緩い条件を設定することもできる。図９は、指向性変換パターンの外向き法線の幅の総和／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）と光利用効率向上率との関係を示す図である。ここで外向き法線とは、図１１を参照して、光入射面３８と平行な断面において、各パターン素子４０ａの斜面に導光板３３の内部から外部へ向けて立てた法線Ｎを考えるとき、光軸Ｃに直交する垂線Ｃ´と反対側へ傾いた法線Ｎをいう。また、外向き法線の幅とは、外向き法線を持つ斜面５０ｂの横幅Ｄ２である。内向き法線とは、図１１を参照して、光入射面３８と平行な断面において、各パターン素子４０ａの斜面に導光板３３の内部から外部へ向けて立てた法線Ｎを考えるとき、光軸Ｃに直交する垂線Ｃ´の側へ傾いた法線Ｎをいう。また、内向き法線の幅とは、外向き法線を持つ斜面５０ａの横幅Ｄ１である。
【００５１】
従って、図１１を参照すれば、外向き法線の幅の総和とは、光軸Ｃの右側領域又は左側領域のいずれかにおいて、外向き法線の幅Ｄ２１、Ｄ２２、…を加えたものであって、
Ｄ２１＋Ｄ２２＋…である。同様に、内向き法線の幅の総和とは、光軸Ｃの右側領域又は左側領域のいずれかにおいて、内向き法線の幅Ｄ１１、Ｄ１２、…を加えたものであって、Ｄ１１＋Ｄ１２＋…である。
【００５２】
図９によれば、指向性変換パターンの（外向き法線の幅の総和）／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）が０.１以上であれば、従来例と比較して光利用効率の改善効果が認められる。また、（外向き法線の幅の総和）／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）が０.２以上であれば、従来例と比較して２％以上の改善効果が得られるので、十分に価値がある。なお、図９によれば、前記のように（外向き法線の幅の総和）／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）が０.５以上、すなわち外向き法線の幅の総和が内向き法線の幅の総和よりも大きいと光利用効率の改善効果の高いことが分かる。特に、（外向き法線の幅の総和）／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）が０.７５のときに最も効果が高くなっている。
【００５３】
つぎに、図１０は、指向性変換パターンの（外向き法線の平均角度）／（外向き法線の平均角度＋内向き法線の平均角度）と光利用効率向上率との関係を示す図である。ここで外向き法線の平均角度とは、図１１を参照すると、光入射面３８と平行な断面において、かつ、光軸Ｃの右側領域又は左側領域のいずれかにおいて、外向き法線が垂線Ｃ´となす角度β１、β２、…とし、その斜面の横幅をＤ２１、Ｄ２２、…とすると、外向き法線の平均角度は、
（β１×Ｄ２１＋β２×Ｄ２２＋…）／（Ｄ２１＋Ｄ２２＋…）
で定義される。同様に、内向き法線の平均角度とは、光入射面３８と平行な断面において、かつ、光軸Ｃの右側領域又は左側領域のいずれかにおいて、外向き法線が垂線Ｃ´となす角度α１、α２、…とし、その斜面の横幅をＤ１１、Ｄ１２、…とすると、外向き法線の平均角度は、
（α１×Ｄ１１＋α２×Ｄ１２＋…）／（Ｄ１１＋Ｄ１２＋…）
で定義される。
【００５４】
図１０によれば、指向性変換パターンの（外向き法線の平均角度）／（外向き法線の平均角度＋内向き法線の平均角度）が０.２以上であれば、従来例と比較して光利用効率の改善効果が認められる。また、（外向き法線の幅の総和）／（外向き法線の幅の総和＋内向き法線の幅の総和）が０.２５以上であれば、従来例と比較して２％以上の改善効果が得られるので、十分に価値がある。なお、図１０によれば、前記のように（外向き法線の平均角度）／（外向き法線の平均角度＋内向き法線の平均角度）が０.５以上、すなわち外向き法線の平均角度が内向き法線の平均角度よりも大きいと光利用効率の改善効果の高いことが分かる。特に、（外向き法線の平均角度）／（外向き法線の平均角度＋内向き法線の平均角度）が０.７付近のときに最も効果が高くなっている。
【００５５】
指向性変換パターン４０の隣接するパターン素子４０ａ間に形成される頂角θ（図６参照）は、５０〜１４０°の範囲にあることが望ましい。図１２は、この根拠を示すシミュレーション結果である。図１２は、図６のような形状の指向性変換パターン４０において、頂角を１５°から１７０°までの範囲で変化させ、どの程度光利用効率が変化するか、調べたものである。図１２の横軸は、指向性変換パターン４０の頂角θであり、縦軸は、光利用効率向上率を示す。光利用効率向上率とは、光入射面３８から入射した光のうち、どれくらいの割合の光が光出射面３９から出射されたかを示すものであって、図１に示す従来例の光利用効率を基準（１００％）として表したものである。図１２によれば、指向性変換パターン４０の頂角θが１８０°以下のほぼ全域で光利用効率の向上効果が認められ、９０°のときに最大の効果が得られる。特に、指向性変換パターン４０の頂角θが５０°以上１４０°以下の範囲では、２％以上の光利用効率の向上効果が認めれるので、実用上十分な価値がある。よって、指向性変換パターン４０の頂角θは５０°以上１４０°以下とすることが望ましい。
【００５６】
また、図１３は、図６のような形状の指向性変換パターン４０において、指向性変換パターン４０の平均開き角と光利用効率向上率との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。ここで、指向性変換パターン４０の平均開き角とは、図１４に示すように、導光板３３の光出射面３９に垂直な方向から見て、指向性変換パターン４０を光軸Ｃに関して左右の領域に分け、その左側領域又は右側領域において、個々のパターン素子４０ａの延在する方向の光軸Ｃに対する傾きをφ１、φ２、φ３、…としたとき、それらの傾きφ１、φ２、φ３、…の算術平均（相加平均）を言う。図１３によれば、光軸Ｃの右側領域においても、左側領域においても、指向性変換パターン４０の平均開き角が６０°以下であれば、光利用効率の向上効果が得られることが分かる。特に、平均開き角が５°以上５５°以下であれば、２％以上の光利用効率の向上効果が認められるので、実用上十分な価値がある。よって、指向性変換パターン４０の平均開き角は５°以上５５°以下であることが望ましい。
【００５７】
なお、指向性変換パターン４０は光軸Ｃの両側で傾けて配置されていればよいので、指向性変換パターン４０の断面形状は特に限定されない。たとえば、図１５Ａに示すものは、左右非対称な断面形状を有するパターン素子４０ａを左右の領域で繰り返し配列させたものである。図１５Ｂは、左右非対称な断面形状を有するパターン素子４０ａを、左右の領域で徐々に変形させながら配列させている。図１５ＣのようにＶ溝状をした左右対称な断面形状のパターン素子４０ａを繰り返し並べてもよい。また、図１５Ｄのように指向性変換パターン４０の頂部を湾曲させたり、図１５Ｅのように断面多角形状のパターン素子４０ａを配列させたものであってもよい。
【００５８】
指向性変換パターン４０を設ける領域（パターン形成領域４７）の形状も種々の形状がありうる。たとえば、図１６Ａに示すように、点光源３２の光が届きにくい点光源側の角には指向性変換パターン４０を設けていなくてもよい。さらに、図１６Ｂのように点光源側の角の指向性変換パターン４０のない領域を広くしてパターン形成領域４７を台形状としてもよい。図１６Ｃでは、パターン形成領域４７の点光源３２と反対側の縁を点光源３２と反対側へ膨らませるようにしている。また、図１６Ｄのように、パターン形成領域４７の点光源３２と反対側の縁を点光源側へ窪ませてもよい。
【００５９】
（変形例）
図１７は、本発明の実施形態１の変形例による面光源装置４８の平面図である。指向性変換パターン４０のパターン素子４０ａは、点光源３２の光軸Ｃの両側でそれぞれ平行に揃っていてもよい。すなわち、この面光源装置４８では、指向性変換パターン４０のパターン素子４０ａは、点光源３２の光軸Ｃの両側で、それぞれ光軸Ｃに対して互いに反対向きに傾いている。そして、光軸Ｃの右半分ではパターン素子４０ａが互いに平行に揃っており、左半分でもパターン素子４０ａが互いに平行に揃っている。
【００６０】
このようにパターン素子４０ａが平行に揃っている場合でも、指向性変換パターン４０で反射した光の指向特性を光軸Ｃと平行な方向へ変換することができるので、光の漏れを低減できる。また、このようにパターン素子４０ａを平行に揃えておけば、指向性変換パターン４０の製作が容易になる。特に、切削によって成形型内に指向性変換パターン４０を成形するための反転パターンを形成する場合には、成形型の製作が容易になる。
【００６１】
図１８は、本発明の実施形態１の別な変形例による面光源装置４９の斜視図である。この面光源装置４９のように、有効照明領域４６の光出射面３９においては、レンチキュラーレンズ３６がなくて平滑になっていてもよい。このようにレンチキュラーレンズ３６がない場合であっても、側面からの光漏れを低減できるので、有用である。
【００６２】
（実施形態２）
図１９は本発明の実施形態２による面光源装置６１を示す斜視図である。図２０は、面光源装置６１の平面図である。図２１は、光入射面３８と平行な断面における指向性変換パターン４０の断面形状を示す。また、図２１には、当該指向性変換パターン４０の一部を拡大して示す。
【００６３】
本発明の実施形態２による面光源装置６１では、点光源３２の光軸Ｃの近傍においては、部分的に指向性変換パターン４０が除かれていて、平坦面６２となっている。特に、図示例では、左右の指向性変換パターン４０に挟むようにして三角形状の平坦面６２を設けている。
【００６４】
このような構造によれば、左右両側の指向性変換パターン４０によって導光板３３の側面からの光漏れやレンチキュラーレンズ３６からの光漏れを少なくできる。しかも、点光源３２の前方で指向性変換パターン４０を部分的に除去しているので、図２０に破線で示すように、点光源３２の前方へ送る光量を増やすことができる。よって、指向性変換パターン４０によって光が横方向へ広げられる結果、点光源３２の前方の光量が少なくなり、点光源３２の前方が暗くなるのを防ぐことができる。
【００６５】
なお、指向性変換パターン４０の除去部分（平坦面６２）の形状は、図１９、図２０に示すような三角形状のものに限らない。たとえば、図２２Ａのように五角形状に指向性変換パターン４０を除去していてもよく、図２２Ｂのように矩形状に指向性変換パターン４０を除去していてもよく、図２２Ｃのように台形状に指向性変換パターン４０を除去していてもよい。
【００６６】
（実施形態３）
図２３は、本発明の実施形態３による面光源装置７１の斜視図である。図２４Ａは、面光源装置７１の平面図である。図２４Ｂは、図２４ＡのＹ−Ｙ線断面図である。
【００６７】
実施形態３の面光源装置７１では、さらに光導入部３５の上面及び／又は下面には、反射する光の指向性を横方向に広げるための光拡散パターン７２を形成している。光拡散パターン７２は、図２４Ｂに示すように、縦方向に延びたＶ溝７２ａを互いに平行に並べたものであってもよく、レンチキュラーレンズ状のパターンやランダムな形状のパターンなどであってもよい。このような構造では、光拡散パターン７２によって光を横方向に広げて導光板３３の側面方向へ送り、光出射面３９の側縁部が暗くなるのを防ぐとともに、側面方向へ送られた光の指向特性を指向性変換パターン４０で光軸Ｃと平行な方向に変換することで導光板３３の側面やレンチキュラーレンズ３６から光が漏れにくくしている。さらに、点光源３２の前方に指向性変換パターン４０のない平坦面６２を形成しておくことで、点光源３２の前方が暗くならないようにしている。
【００６８】
また、光拡散パターン７２をＶ溝７２ａによって構成してあれば、傾斜面３７又は光導入部３５から外部へ光が漏れにくくなり、光導入部３５へ入った点光源３２の光を低損失で導光板本体３４へ導光できるようになる。
【００６９】
この実施形態３の面光源装置７１において、図２３に示す各部の寸法を以下のように設定してサンプルを作製したところ、導光板３３から漏れる光量の割合は、５％であった。
点光源３２の光出射窓の幅：    ２ｍｍ
導光板３３の幅Ｗ：    ５.５ｍｍ
光導入部３５の最大厚さＴ：    ０.４２ｍｍ
光導入部３５の長さＫ：    １.５ｍｍ
導光板本体３４の厚さｔ：    ０.２３ｍｍ
パターン形成領域４７の長さＧ：    １.５ｍｍ
導光板３３の屈折率ｎ：    １.５９
【００７０】
これに対し、指向性変換パターン４０や光拡散パターン７２を除去して図１の従来例の面光源装置を同じ条件で作製したところ、漏れる光量の割合は、１５％であった。よって、実施形態３の面光源装置によれば、漏れ光の割合を従来例の１／３にすることができた。
【００７１】
（変形例）
図２５は、本発明の実施形態３の変形例による面光源装置７３を示す斜視図である。この面光源装置７３では、光を横方向に広げるための光拡散パターン７２を放射状に形成している。
（実施形態４）
図２６は、本発明の実施形態４による面光源装置８１の平面図である。また、図２７は、面光源装置８１における光導入部３５の一部を拡大して示す斜視図である。
【００７２】
実施形態４の面光源装置８１では、光導入部３５の光入射面３８のうち、少なくとも点光源３２と対向する領域に、光を横方向に広げるための光拡散パターン８２を設けている。光拡散パターン８２は、図２７に示すように、高さ方向に延びた凸レンズを横に並べたシリンドリカルレンズ状のものでもよく、高さ方向に延びたＶ溝を互いに平行に並べたものでもよく、ランダムな形状のパターンであってもよい。
【００７３】
このような構造の面光源装置８１でも、光拡散パターン８２によって光を横方向に広げて導光板３３の側面方向へ送り、光出射面３９の側縁部が暗くなるのを防ぐとともに、側面方向へ送られた光の指向特性を指向性変換パターン４０で光軸Ｃと平行な方向に変換することで導光板３３の側面やレンチキュラーレンズ３６から光が漏れにくくできる。さらに、点光源３２の前方に指向性変換パターン４０のない平坦面６２を形成しておくことで、点光源３２の前方が暗くならないようにできる。
【００７４】
（実施形態５）
図２８は、本発明の実施形態５による面光源装置９１を示す斜視図である。
この面光源装置９１では、点光源３２の前方において、光導入部３５の傾斜面３７に膨出部９２を形成している。この膨出部９２は、円錐台の一部と同じ形状を有している。このような膨出部９２を傾斜面３７に設ければ、導光板３３に垂直な上方から見たとき、膨出部９２の外周面（傾斜面）が点光源３２をほぼ円弧状に囲むことになるので、点光源３２から出て光入射面３８から光導入部３５内に入った光は、膨出部９２の外周面へほぼ垂直に入射することになる。その結果、光が光導入部３５の傾斜面（膨出部９２の外周面）から漏れにくくなり、光導入部３５から導光板本体３４への導光効率が向上する。
【００７５】
（変形例）
実施形態５の面光源装置においても、図２９に示すように、膨出部９２の外周面に、光を横方向に広げるための光拡散パターン９３を設けてもよい。
【００７６】
（導光板の種々の形態）
図３０Ａ−３０Ｃ、図３１Ａ−３１Ｃ、図３２Ａ−３２Ｃおよび図３３Ａ−３３Ｃは、導光板３３の種々の形状を示す概略側面図である。これらの導光板を用いた場合にも、本願発明の効果を奏することが可能である。
【００７７】
図３０Ａに示すものは、光導入部３５の端の水平部分をなくし、傾斜面３７が光入射面３８から始まるようにしたものである。図３０Ｂに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を複数段に設けたものである。図３０Ｃに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を湾曲面にしたものである。
【００７８】
図３１Ａに示すものは、導光板本体３４の上面を傾斜させて導光板本体３４をテーパー状に形成したものである。図３１Ｂ、３１Ｃに示すものは、光導入部３５の上面の光入射面３８側の端を傾斜面３７とは反対向きに傾斜させて逆傾斜部９５を設けたものである。特に、図３１Ｃでは、逆傾斜部９５を設けたことによって光導入部３５の端の高さＴ´が導光板本体３４の厚みｔよりも小さくなっている。
【００７９】
図３２Ａに示すものは、光導入部３５の上下両面に傾斜面３７を設け、そのうちの一方の傾斜面３７、あるいは両方の傾斜面３７に光拡散パターン７２を設けたものである。図３２Ｂに示すように、導光板本体３４の一部に光導入部３５の厚みよりも大きな部分９６を設けてあっても差し支えない。
【００８０】
また、図３２Ａ、２７Ｂに示すように、光導入部３５の最上面を緩やかに傾斜させて緩傾斜面９７としても差し支えない。
【００８１】
図３２Ｃは、光導入部３５の傾斜面３７と下面との双方に光拡散パターン７２を設けたものである。また、図３３Ａは、光導入部３５の下面にのみ光拡散パターン７２を設けたものである。図３２Ｃ及び図３３Ａに示すように、光導入部３５の下面に設けた光拡散パターン７２は、導光板本体３４の下面へはみ出していてもよい。
【００８２】
図３３Ｂ及び図３３Ｃの導光板３３では、傾斜面３７が途中から傾きを変化させていて２段階に形成されている。そして、図３３Ｂの導光板３３では、傾斜面３７の全体に光拡散パターン７２を設けてあり、図３３Ｃの導光板３３では、傾斜面３７の下半分だけに光拡散パターン７２を設けている。
【００８３】
なお、上記実施形態及び変形例では、１個の光源を用いた場合を説明したが、導光板の光入射面に対向させて複数個の点光源を並べてもよい。この場合には、各点光源の位置に対応させて、点光源の配列ピッチと等しい間隔毎に上記のような構成の指向性変換パターンなどを繰り返し設ければよい。
【００８４】
また、上記各実施形態及び変形例では、導光板の上面に指向性変換パターンを設けているが、導光板の下面、あるいは導光板の上面と下面の双方に指向性変換パターンを設けていてもよい。
【００８５】
（実施形態６）
つぎに、複数の点光源３２を備えた面光源装置１０１を説明する。図３４は、導光板３３の光入射面３８に対向させて複数個の点光源３２を配置した面光源装置１０１を示す平面図である。この面光源装置５１においては、点光源３２と点光源３２の中間を境界として、点光源３２のピッチＰと同じ周期で、同じ指向性変換パターン４０が周期的に形成されている。たとえば、点光源３２のピッチＰが５.５ｍｍで、指向性変換パターン４０の周期も５.５ｍｍとなっている。
【００８６】
このように複数の点光源３２を並べた場合には、指向性変換パターン４０のうち隣合う点光源３２の中間部分では、両側の点光源３２からの光が届くことがある。指向性変換パターン４０のある箇所に両側の点光源３２からの光が同時に入射すると、両方の光に対して光漏れが生じにくいように最適設計することができなくなるので、面光源装置の光利用効率が悪くなる。
【００８７】
したがって、指向性変換パターン４０は、複数の点光源３２からの光が入射しないようにすることが好ましい。点光源３２から出射して光入射面３８から光導入部３５に入った光の入射角γは、フレネルの法則によって
γ ＝ arcsin（１／ｎ）      …（数式１）
と表される。ただし、ｎは、導光板３３の屈折率である。よって、光導入部３５内における光の広がりは、図３４に示すように、光源中心Ｃを中心として左右にγの範囲となる。指向性変換パターン４０における光の横方向への広がりｇは、図３４と上記数式１より、
ｇ＝Ｓtanγ≒Ｓ・γ＝Ｓ・arcsin（１／ｎ）      …（数式２）
となる。光源中心Ｃからγの方向へ導光された光が隣の領域に入らないためには、この横方向広がりｇが点光源３２のピッチＰの１／２よりも小さければよいので、
ｇ ≦ Ｐ／２      （条件１）
となる。ただし、Ｓは、点光源３２の端面（発光面）から測った指向性変換パターン４０の端までの距離である。よって、指向性変換パターン４０に２方向から光が届かないようにするための条件は、上記数式２と条件１から、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕      …（条件２）
となる。
【００８８】
したがって、複数の点光源３２を用いる場合には、点光源３２の端面から測った指向性変換パターン４０の端までの距離Ｓを、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
という条件を満たすように決めれば、指向性変換パターン４０を最適設計することが可能になり、光漏れを減らして光利用効率を高めることができる。たとえば、点光源３２のピッチをＰ＝５.５ｍｍ、導光板３３の屈折率をｎ＝１.５９（ポリカーボネイト樹脂）とすれば、
Ｊ≦約４ｍｍ
となり、指向性変換パターン４０を設ける領域の長さも約４ｍｍ以下であればよい。
【００８９】
（実施形態７）
図３５は、本発明の実施形態７による面光源装置１１１の側面図、平面図及び下面図である。この面光源装置１１では、導光板本体３４の上面の有効照明領域にレンチキュラーレンズ３６を設け、導光板本体３４の下面の導光板本体３４の端部をパターン形成領域４７とし、そこに指向性変換パターン４０を設けている。
【００９０】
図３−図３４に示した各実施形態においても、実施形態７と同様に、導光板３３の光出射面３９と反対側の面に指向性変換パターン４０を設けてもよい。
【００９１】
（実施形態８）
図３６は、本発明の面光源装置（例えば、実施形態１の面光源装置３１）を用いた液晶表示装置１２１の概略断面図である。この液晶表示装置１２１は、導光板３３の光出射面側に対向させて拡散板１２２、プリズムシート１２３及び液晶パネル１２４を重ねてあり、導光板３３の裏面側に反射シート１２５を配置している。このような液晶表示装置１２１によれば、本発明の面光源装置の特徴を生かすことができ、液晶表示装置１２１の光利用効率を向上させて画面を見やすくできると共に液晶表示装置１２１の薄型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００９２】
３１、４８、４９、６１、７１、７３、８１、９１      面光源装置
３２      点光源
３３      導光板
３４      導光板本体
３５      光導入部
３６      レンチキュラーレンズ
３７      傾斜面
３８      光入射面
３９      光出射面
４０      指向性変換パターン
４０ａ      パターン素子
４６      有効照明領域
４７      パターン形成領域
５０ａ、５０ｂ      斜面
６２      平坦面
７２、８２、９３      光拡散パターン
９２      膨出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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